反位車鉤檢測裝置研制與跟蹤保護(hù)系統(tǒng)

于志光，周 健

（河北港口集團(tuán)秦皇島港務(wù)股份公司第二港務(wù)分公司，河北秦皇島 066000）

1 存在的問題

通常情況下，兩節(jié)火車車皮之間的連接方式為“方對圓”連接，其中方鉤為固定車鉤，圓鉤為旋轉(zhuǎn)車鉤。其他的車鉤連接形式即為反位車鉤，俗稱“亂鉤”。正常車鉤的連接形式，保證了車輛翻轉(zhuǎn)卸貨物時可不摘鉤連續(xù)作業(yè)，而遇到反位車鉤位于翻車機(jī)轉(zhuǎn)子平臺兩側(cè)時，則須對火車進(jìn)行解列后，方可翻卸作業(yè)。否則，會導(dǎo)致鉤頭扭斷，造成巨大經(jīng)濟(jì)損失。

反位車鉤的識別目前有兩種方法，一種是完全靠人工逐一排查，一種是利用激光反射器及照相機(jī)進(jìn)行智能識別。人工排查增加了職工的勞動強(qiáng)度，效率低下，且作業(yè)人員在連續(xù)作業(yè)反位車鉤車輛的狀況下，會出現(xiàn)疲勞等不安全因素，給接卸車輛帶來嚴(yán)重的隱患。智能識別成本較高，一套系統(tǒng)約為50萬元人民幣，且受現(xiàn)場環(huán)境及技術(shù)手段所限，存在一定的誤報率。

2 解決方案

對現(xiàn)場實(shí)際進(jìn)行大量調(diào)研，發(fā)現(xiàn)相鄰兩節(jié)車皮之間都有風(fēng)管連接，而反位車鉤與正常車鉤的風(fēng)管連接位置不同，通過這一差別，研制了高可靠性的機(jī)械式反位車鉤檢測裝置。同時設(shè)計了跟蹤保護(hù)系統(tǒng)，利用PLC程序?qū)Ψ次卉囥^進(jìn)行標(biāo)記，動態(tài)實(shí)時跟蹤其位置信息，當(dāng)反位車鉤位于翻車機(jī)轉(zhuǎn)子平臺兩側(cè)時，系統(tǒng)給出報警提示，程序禁止翻車，需現(xiàn)場操作人員對反位車鉤進(jìn)行解列處理完畢并按機(jī)側(cè)確認(rèn)按鈕再由司機(jī)室內(nèi)司機(jī)檢查核對確認(rèn)后方可繼續(xù)運(yùn)行翻車作業(yè)流程，實(shí)現(xiàn)了翻車機(jī)在接卸過程中對反位車鉤的實(shí)時跟蹤與保護(hù)。系統(tǒng)還添加了觀察車鉤情況的視頻監(jiān)控功能和對反位車鉤檢測情況進(jìn)行記錄的數(shù)據(jù)庫功能。該項(xiàng)目由反位車鉤檢測裝置、跟蹤保護(hù)系統(tǒng)、視頻監(jiān)控和運(yùn)行數(shù)據(jù)記入數(shù)據(jù)庫4個部分構(gòu)成（圖1）。

圖1 反位車鉤檢測系統(tǒng)

2.1 反位車鉤檢測裝置

利用反位車鉤的車皮風(fēng)管位置的不同，研究制作基于檢測風(fēng)管的反位車鉤檢測裝置，正常車鉤和反位車鉤風(fēng)管狀態(tài)如圖2所示，反位車鉤風(fēng)管彎弧距離地面高度要大于正常車鉤風(fēng)管，因此設(shè)計了一種機(jī)械裝置，當(dāng)鉤擋為正常車鉤時，被風(fēng)管壓下，傳感器發(fā)出信號；當(dāng)鉤擋為反位車鉤時，不被風(fēng)管壓下，傳感器無信號發(fā)出。

設(shè)計的檢測裝置結(jié)構(gòu)如圖3所示，主要由檢測翻板、頂針、配重、接近開關(guān)、磁鐵以及底座組成。經(jīng)大量現(xiàn)場數(shù)據(jù)分析，正常車鉤風(fēng)管兩連接點(diǎn)同時在車鉤左側(cè)或右側(cè)，最低點(diǎn)距量地面距離均值為360 mm，反位車鉤風(fēng)管連接點(diǎn)分布在車鉤兩側(cè)，為交叉連接，最低點(diǎn)達(dá)500 mm。設(shè)計裝置設(shè)計總高度420 mm，保證翻板高度方向有效檢測距離60 mm，翻板上沿有效檢測風(fēng)管寬度設(shè)計為180 mm，保證風(fēng)管與翻板接觸面，翻板整體檢測風(fēng)管最低點(diǎn)始終有效。

圖2 正常車鉤與反位車鉤風(fēng)管狀態(tài)

翻板材料采用力學(xué)性能（特別是彈性極限、強(qiáng)度極限、屈強(qiáng)比）、抗彈減性能（即抗彈性減退性能，又稱抗松弛性能）、疲勞性能優(yōu)良的彈簧鋼。通過對彈簧鋼材料進(jìn)行比對，最終選定60Si2Mn合金彈簧鋼，其強(qiáng)度、彈性和淬透性較為綜合，回復(fù)性能好，不易于變形損壞，可以保證檢測裝置的穩(wěn)定可靠性。在車皮通過檢測裝置時，翻板材料自身回復(fù)性能好，在檢測結(jié)束后，不會發(fā)生形變。

由于列車行駛方向不一，導(dǎo)致正常車鉤風(fēng)管順向位置在車鉤兩側(cè)均有可能，因此裝測裝置成對安裝，檢測兩個正常車鉤風(fēng)管出現(xiàn)位置，車皮定位后，兩個位置必將有檢測翻板傾斜，接近開關(guān)長時間中斷，表示為正常車鉤；如果車皮定位后，兩翻板仍處于垂直狀態(tài)，未檢測到風(fēng)管，表示為反位車鉤，進(jìn)行通信報警。

正常情況下，風(fēng)管壓住任意一側(cè)檢測翻板，正常車鉤風(fēng)管壓住檢測翻板如圖3所示，檢測翻板與配重之間的連接桿移位，接近開關(guān)產(chǎn)生動作信號。出現(xiàn)反位車鉤車型時，兩側(cè)檢測翻板都不會被風(fēng)管壓倒，接近開關(guān)不動作，實(shí)現(xiàn)對反位車鉤車型的識別。

圖3 正常車鉤風(fēng)管壓住檢測翻板示意

2.2 跟蹤保護(hù)系統(tǒng)

分別在位于距入口翻車機(jī)轉(zhuǎn)子平臺一節(jié)車皮鉤擋處的檢測裝置1和位于距入口翻車機(jī)轉(zhuǎn)子平臺兩節(jié)車皮鉤擋處的檢測裝置2安裝2套反位車鉤檢測裝置。將識別出的反位車鉤在PLC程序中進(jìn)行標(biāo)記跟蹤，計算其距離轉(zhuǎn)子平臺入口及出口的距離，來判斷車鉤是否位于翻車機(jī)轉(zhuǎn)子平臺兩側(cè)。當(dāng)反位車鉤位于翻車機(jī)轉(zhuǎn)子入口或者出口時，上位系統(tǒng)發(fā)出報警提示，程序禁止翻車，等現(xiàn)場處理完畢并按機(jī)側(cè)操作鈕確認(rèn)，再由司機(jī)室檢查核對確認(rèn)后方可繼續(xù)翻車作業(yè)流程。當(dāng)反位車鉤推出距翻車機(jī)轉(zhuǎn)子平臺出口一節(jié)車皮的距離后，視為該車鉤到達(dá)安全區(qū)域，程序取消對其標(biāo)記，相應(yīng)的寄存器也被釋放，反位車鉤PLC程序流程如圖4所示。

圖4 反位車鉤PLC程序流程

程序共包含檢測裝置輸入信號處理、翻板裝置故障檢測與上位報警、尾車檢測裝置故障誤報排除、反位車鉤檢測計數(shù)、反位車鉤標(biāo)記、反位車鉤位置判定、入口/出口反位車鉤上位報警、入口/出口反位車鉤處理確認(rèn)、司機(jī)室復(fù)位確認(rèn)、翻車機(jī)恢復(fù)運(yùn)行等程序。

2.3 視頻監(jiān)控及運(yùn)行數(shù)據(jù)記入數(shù)據(jù)庫功能

為使了使操作人員更方便、快捷查的看檢測裝置及處鉤頭情況，同時也能全程記錄檢測裝置的運(yùn)行情況，為故障排除供依據(jù)，本項(xiàng)目還加入了視頻監(jiān)控及運(yùn)行數(shù)據(jù)記入數(shù)據(jù)庫功能。

視頻監(jiān)控功能由監(jiān)控攝像機(jī)、硬盤錄像機(jī)、顯示器組成，實(shí)現(xiàn)對反位車鉤車型檢測裝置運(yùn)行狀況的快捷查看，同時全程錄像也為運(yùn)行狀況評估和故障排除提供相關(guān)影像資料。

運(yùn)行數(shù)據(jù)記入數(shù)據(jù)庫功能利用翻車機(jī)系統(tǒng)上位機(jī)使用的顯示系統(tǒng)及添加的Access數(shù)據(jù)庫實(shí)現(xiàn)，將PLC程序中有關(guān)反位車鉤檢測系統(tǒng)相應(yīng)點(diǎn)的狀態(tài)變化存儲于Access數(shù)據(jù)庫中。這樣可以實(shí)現(xiàn)記錄反位車鉤車輛出現(xiàn)、現(xiàn)場確認(rèn)、設(shè)備故障等事件發(fā)生的時間日期。

3 效果

反位車鉤跟蹤與保護(hù)系統(tǒng)已經(jīng)在秦皇島港煤一期、煤二期5臺雙翻翻車機(jī)系統(tǒng)中應(yīng)用，使用一年來，從未發(fā)生過漏報的情況，受到職工一致好評。該系統(tǒng)還能夠推廣應(yīng)用在其他相類似的單翻、雙翻、三翻、四翻等翻車機(jī)系統(tǒng)中，可以有效保護(hù)車鉤的完好，同時大大降低工人的勞動強(qiáng)度，提高作業(yè)效率。該系統(tǒng)成本低，車鉤檢測裝置每套成本0.2萬元人民幣，攝像監(jiān)控系統(tǒng)每套0.5萬元人民幣，其他利用翻車機(jī)系統(tǒng)程序即可，總計成本約為1萬元人民幣。